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1、1 / 7 小尺寸单片机在便携式设备中的应用 作者：罗国才（世强 FAE） 引 言 手机在现代生活中的使用越来越广，其功能也是越来越多，如现在有专门多手机都带有 MP3 及照相功能，有的还具有闪信和计步器功能。手机闪信需要处理器能完成多路模拟输入、数据的实时处理等，原有的手机专门难直接实现这些功能，就需要 MCU 配合完成其功能。 PMP 等便携式设备大都带有彩色的 TFT 屏，而传统的驱动是由白色 LED 完成的，但其存在色差；现在大都采纳 RGB 三色 LED 来背光，同时需要检测背光的效果，克服 LED 亮度变暗的问题。MCU 能够协助主处理器完成这些功能，达到专门好的彩色 TFT 屏的
2、背光效果。 便携式设备往往由多个公司共同提供模块，需要 MCU 有好的保密功能。因此便携式设备对 MCU 的要求，大都需要小尺寸， 低功耗， 实时快速响应， 保密性好， 成本低等优点。 小封装高集成的 MCU， 能集成 FLASH、ADC、DAC、OSC、SRAM、PWM、温度传感器、看门狗等，同时便于MCU 的编程和升级。 该文依次介绍了如下内容：手机闪信和计步器介绍，手机闪信对 MCU 的需求，手机闪信中 C8051F313的优点，彩色 TFT 屏的 RGB 驱动方案, 彩色 TFT 屏 C8051F310 方案，小尺寸 MCU 在便携设备中应用的优势等。 一、手机闪信和计步器介绍 1、手
3、机中闪信功能 光线较暗的环境下，通过快速左右摇动手机，利用人类视网膜延时现象，造成视觉残像，因而形成连续的光影信号，使观看者视觉产生连续信息，这确实是闪信的差不多原理。实际处理中，处理器检测加速度变化后，依照运动的加速度等在不同的时刻让相应的 LED 点亮或熄灭，让人感受到 LED 中空中出现一幅完整的点阵图像，一幅图像或者一串文字在 0.1 秒内显示出来效果就会专门好。 2、自动翻转 因为重力加速度的缘故，运动传感器能检测到重力加速度所加的方向，能够自动调整显示字符的方向。 3、计步器功能 人在行走或者跑步过程中， 其加速度与时刻轴大致成为一个正弦波； 利用加速度传感器检测运动的加速度，能够
4、计算走了多少步，还可依照步幅进而估算所走的距离等。 二、手机闪信对 MCU 的要求 在该应用中，MCU 需要采样两路加速度传感器的输入，进行计算分析，在不同时刻显示相应的 LED，分析手机所持的方向，实现自动翻转功能。分析加速度值，计算出持有者走了多少步。完成与手机间的通讯功能，接收手机发送过来的命令和显示数据，回传计步器的值等。 2 / 7 由于该模块需要放入手机中，对模块的尺寸有严格的要求，同时也需要小封装能利于散热。像手机这类的手持设备， 对功耗有专门高的要求， 在手机加上闪信和计步器模块后， 不能因此缩短手机的工作时刻。 MCU能直接驱动瞬时大电流的多个 IO， 比如能驱动 16 个电
5、流为 1520mA 的高亮 LED， 而无需其他驱动芯片，能更好的节约空间和成本。 模块为适应不同手机的应用， 尽量提供多种通讯接口， 如 SMBus(I2C)、 UART、SPI 等通讯功能。其功能框图大致如下： 其闪信显示效果如下： 3 / 7 三、手机闪信中 C8051F313 的优点 在该应用中，我们选择了 C8051F313，其资源如上图，专门好的完成了该设计，该芯片有如下优点。 1、体积小，高集成度：其 C8051F313 大小为 5x5mm，如上图，该 MCU 包含了 8K 的 FLASH，1K 的SRAM，ADC、I2C、UART、SPI、PCA、看门狗，25 个 IO 等资源
6、。其 QFN28 的封装也有利于散热。 2、保密性好，编程方便：FLASH 能支持在线修改，同时内置的编程操纵电路能够阻止外部对 FLASH 的非法读写访问；提供不需要连接计算机的手持式编程器，通过 C2 就能够对 MCU 进行编程和升级。 3、高速处理能力：C8051F313 采纳 CIP51 的核心技术，完全支持 8051 的指令集，能快速的执行指令，其中有 76 条指令是在一到两个时钟周期内执行完毕，指令执行速度可达到25MIPS，处理闪信和计步器已足够。内部能够设定中断有 14 个，给软件编程带来了方便。 4 / 7 4、低功耗：该 MCU 在 1MHz 的处理速度下，只需要 0.36
7、mA，而且还有空闲和停机等工作模式，能更多的节约手机电能。 5、直接驱动：C8051F313 能够直接驱动 16 个大电流 20mA 的高亮 LED，无需其他电流驱动芯片，节约了空间和成本。 6、AD 采样：C8051F313 带有 17 个模拟 AD 输入 IO，其 AD 采样为 10 位，采纳速度为 200K，能完全满足闪信和计步器的需求。而且内带温度传感器，能够测试MCU 芯片的环境温度。 7、通讯功能：MCU 提供了 SMBus(I2C)、UART、SPI 通讯功能，使模块能与手机进行可靠通讯：接收需要显示的字符或者图像数据，还能接收计步器操纵命令，回传计步器的值等等；还能够将加速度的
8、值传入手机中，进行其他的应用开发，如手机游戏、音乐击鼓器等。 8、灵活的 IO 治理：C8051F313 内带 CrossBar 功能，能将不同的功能管脚，按照一定的优先级配置输出到相关的 IO 脚上；比如将 4 和 5 脚能够通过软件设定为 UART 或者 I2C 功能管脚。 其软件配置界面如图： 四、彩色 TFT 屏的 RGB 驱动方案 在便携式设备中往往会使用彩色的TFT 屏， 在传统上 TFT 屏的背光是由白色 LED 实现的， 而白色的 LED实际上色彩是有偏差的，如此导致屏的颜色发生失真或者不够鲜艳。同时随着使用时刻的增长，LED 的亮度会变暗，这将导致那个屏的显示效果明显变暗，因
9、此，下面的方案能够专门好地解决那个问题。 5 / 7 背光采纳 R,G,B 三色的 LED， LED 发出的光组合成白光， 通过一个 Color Sensor 来检测光的亮度和色彩，送给一个带有 AD 功能的小封装单片机，该单片机通过 PWM 输出操纵一个 LED 驱动芯片，LED 驱动芯片完成对 R,G,B 三色 LED 的操纵，单片机通过检测 LED 发出的光的色彩来调整 PWM 输出，进而实现对LED 色彩的操纵。同时单片机通过一个 I2C 接口与主 CPU 通讯，接收主 CPU 对亮度调整的操纵命令。 那个调整系统直接和 TFT 屏集成在一起， 如此屏的生产厂商能够依照自己屏的特性来设
10、计合理操纵方法和其他功能，只需要定义好自己的屏的 I2C 接口就能够让主 CPU 完成对屏的操纵。而屏的色彩和亮度等总能够保持在用户设定的水平。主 CPU 在整个过程中无须干预屏的调整过程。而且主 CPU 也不需要支持PWM 功能，因为这些功能被集成到了小尺寸MCU 中。在 TFT 彩屏的 LED 驱动中，一般选择高性能的AMS LED Driver，其 Color Sensor 芯片为 Avago HDJD-S722-QR999，用以检测 R、G、B 三色的亮度。 五、彩色 TFT 屏 C8051F310 方案 6 / 7 其 C8051F310 资源如下图 该方案选择了 C8051F310
11、，在彩色的 TFT 屏驱动中有以下优点： 1、小尺寸，LQFP32，该封装特不薄，可不能增加显示屏的厚度。 2、有一个 200K/10 位/17 通道的 ADC，能够检测 Color Sensor 值，测试温度和操纵电流反馈。 3、有 5 个 PCA 供选择，关于操纵 RGB 所需的三个 PWM 操纵差不多足够，而且 PWM 能够支持硬件直接输出。 4、内部 FLASH 能够在线自己修改，能够将 LED 的特性，温度和使用时刻保存在内部。同时也支持 MCU的升级。 5、保密性好，所有的编程电路全内置，一旦芯片被加密，无法通过编程接口来访问加密区域的内容，能够可靠爱护用户的 IP 设计。 6、无需外部时钟就能够直接工作。 手持显示屏驱动应用例，如下图： 7 / 7 六、总结 以上手机闪信和 TFT 彩屏驱动方案差不多被多家厂家和设计公司所采纳，其 Silabs MCU 优越的性能，在设计中发挥了重要的作用； 世强电讯将会提供更多的技术解决方案， 协助你共同完成各产品的设计与开发。 本文摘自深圳世强电讯
